中空玻璃占門(mén)窗幕墻面積70%以上，對(duì)門(mén)窗幕墻節(jié)能具有重要意義?？諝鈱?、低輻射膜層、填充氣體、真空技術(shù)、暖邊技術(shù)等對(duì)中空玻璃熱工性能有何影響？本期探討此話(huà)題，不妥之處敬請(qǐng)指正！

1、空氣層厚度和層數(shù)對(duì)中空玻璃熱工性能

影響研究

1.1 不同空氣層厚度時(shí)中空玻璃熱工性能研究

采用5+A+5中空玻璃系統(tǒng)，空氣層厚度依次取為6、7、8……23mm，計(jì)算傳熱系數(shù)(K值)、可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比；不同空氣層厚度的5+A+5中空玻璃傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。

可以看出，隨著空氣層厚度增加，傳熱系數(shù)呈現(xiàn)“高—低—高”的趨勢(shì)，最佳空氣層厚度為12~16mm。常溫下密閉空腔導(dǎo)熱系數(shù)約為0.023W/(m·K)，中空玻璃正是利用該特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。

但隨著空氣層厚度增加到一定程度，密閉空氣產(chǎn)生對(duì)流加速熱傳遞，導(dǎo)致中空玻璃傳熱系數(shù)呈現(xiàn)先減小再增大的趨勢(shì)。

計(jì)算結(jié)果還表明，空氣層厚度對(duì)可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比無(wú)影響。

1.2 不同玻璃層數(shù)時(shí)中空玻璃熱工性能研究

采用單片5mm玻璃，設(shè)計(jì)為單層玻璃、雙玻中空玻璃、三玻中空玻璃、四玻中空玻璃，計(jì)算傳熱系數(shù)、可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。

可以看出，隨著空氣層數(shù)增加，傳熱系數(shù)、可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。其中傳熱系數(shù)降低幅度最大，且隨著空氣層數(shù)增加降低幅度趨緩；可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比均成近似線性趨勢(shì)降低。

2、低輻射膜層對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

低輻射膜層可有效降低紅外輻射傳熱，重點(diǎn)研究不同Low-E膜層和膜層位置對(duì)中空玻璃熱工性能的影響。

2.1 Low-E膜層對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

為方便比較，計(jì)算統(tǒng)一取Low-E膜層位于5+12A+5中空玻璃的第2面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4和圖5。

從圖4可以看出，低輻射膜層相比無(wú)膜層可有效降低中空玻璃的傳熱系數(shù)，降低效果與三玻中空玻璃接近，但單銀、雙銀和三銀結(jié)果差別不大，表明增加銀膜層數(shù)對(duì)降低傳熱系數(shù)效果有限。

從圖5可以看出，低輻射膜層可有效降低可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比，單銀、雙銀和三銀膜層中空玻璃的這幾個(gè)參數(shù)近似呈線性降低趨勢(shì)，遮陽(yáng)系數(shù)分布為0.3~0.6。因此，單銀、雙銀和三銀可作為南方地區(qū)控制玻璃太陽(yáng)得熱系數(shù)的重要手段。

2.2 Low-E膜層位置對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

取某單銀Low-E中空玻璃，分別計(jì)算膜層位于不同位置時(shí)的熱工性能，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7，其中1#位置為室外側(cè)，2#位置為中空玻璃空氣層的室外側(cè)，3#位置為中空玻璃空氣層的室內(nèi)側(cè)，4#位置為室內(nèi)側(cè)。

從圖6可以看出，膜層位于中空玻璃內(nèi)空氣層側(cè)，即2#和3#位置時(shí)，傳熱系數(shù)相等且最低；從圖7可以看出，膜層位置對(duì)可見(jiàn)光透射比沒(méi)有影響，太陽(yáng)能總透射比位于2#位置時(shí)最低，位于3#位置時(shí)最高。

3 填充氣體對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

3.1 不同種類(lèi)填充氣體對(duì)中空玻璃熱工性能影響

選取空氣(Air)和不同種類(lèi)的惰性氣體[氬氣(Ar)、氪氣(Kr)和氙氣(Xe)]作為填充氣體，計(jì)算5+12A+5中空玻璃的傳熱系數(shù)、可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比，傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8。

從圖8可以看出，惰性氣體相比空氣可降低傳熱系數(shù)值約0.15~0.25W/(m²·K)，按玻窗比70%計(jì)算對(duì)整窗傳熱系數(shù)的降低值約為0.1~0.2 W/(m²·K)。

不同惰性氣體對(duì)傳熱系數(shù)降低的結(jié)果與分子量成線性比例，對(duì)傳熱系數(shù)降低結(jié)果貢獻(xiàn)差異不明顯[差值在0.1 W/(m²·K)以?xún)?nèi)]。

不同填充氣體對(duì)可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比無(wú)影響。

3.2 不同比例惰性氣體對(duì)中空玻璃熱工性能影響

計(jì)算中空玻璃填充不同比例氬氣(Ar)時(shí)的熱工性能，氬氣(Ar)填充量分別為0%(100%Air)、70%、80%、90%和100%，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。

從圖9可以看出，惰性氣體填充比例與傳熱系數(shù)降低幅度近似呈線性關(guān)系，因此在填充惰性氣體時(shí)，惰性氣體的填充比例越高越好，通常要求在85%以上。

4 真空層對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

4.1 真空玻璃熱工性能研究

每家真空層厚度一般為定值，因此不對(duì)真空層厚度進(jìn)行研究；真空玻璃傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖10，可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖11。

注：圖10和圖11中編號(hào)與對(duì)應(yīng)的玻璃配置如下：1-5+12A+5；2-5+V+5；3-5單銀Low-E+V+5；4-5雙銀Low-E+V+5；5-5三銀Low-E+V+5。

從圖10和圖11可以看出，普通真空玻璃可降低普通中空玻璃的傳熱系數(shù)0.5 W/(m²·K)，Low-E真空玻璃可與普通中空玻璃比傳熱系數(shù)可降低2.0W/(m²·K)，單銀、雙銀、三銀Low-E真空玻璃傳熱系數(shù)差異相對(duì)較小。

真空玻璃和Low-E真空玻璃的可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比均呈近似線性降低。

4.2 復(fù)合真空玻璃熱工性能研究

計(jì)算普通真空玻璃、Low-E真空玻璃與中空玻璃復(fù)合后的熱工性能，結(jié)果見(jiàn)圖12和圖13。

注：其中編號(hào)與對(duì)應(yīng)玻璃配置如下：1-5+12A+5；2-5+12A+5+V+5；3-5+12A+5單銀Low-E+V+5；4-5+12A+5雙銀Low-E+V+5；5-5+12A+5三銀Low-E+V+5。

從圖12和圖13可以看出，普通復(fù)合真空玻璃相比普通中空玻璃傳熱系數(shù)可降低約1.0 W/(m²·K)，Low-E復(fù)合真空玻璃比普通復(fù)合真空玻璃傳熱系數(shù)可降低約2.0W/(m²·K)，單銀、雙銀和三銀Low-E復(fù)合真空玻璃傳熱系數(shù)相對(duì)差異不大?？梢?jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比均呈減小趨勢(shì)。

5 暖邊技術(shù)對(duì)中空玻璃熱工性能影響研究

傳統(tǒng)的槽鋁式間隔條和暖邊間隔條(TGI間隔條)中空玻璃室內(nèi)邊緣的最低溫度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖8，不同間隔條框扇節(jié)點(diǎn)傳熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9。

從圖8可以看出，采用TGI暖邊間隔條的中空玻璃邊緣內(nèi)表面溫度相比傳統(tǒng)槽鋁式間隔條可提高約2℃，從而有效地降低了建筑外窗中空玻璃邊緣結(jié)露的可能性。

從圖9可以看出，該鋁合金窗框扇節(jié)點(diǎn)在采用TGI暖邊間隔條后，相比傳統(tǒng)的槽鋁式間隔條整個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳熱系數(shù)從3.58降至3.12，降低0.46，按框窗比30%計(jì)算可降低整窗傳熱系數(shù)約0.1-0.15W/(m²·K)。

6、結(jié)論

通過(guò)對(duì)中空玻璃熱工性能影響因素的模擬研究，可得結(jié)論如下：

(1) 中空玻璃空氣層最優(yōu)厚度為12mm~16mm；隨著空氣層數(shù)增加，傳熱系數(shù)降低幅度最大，但降低幅度趨緩；傳熱系數(shù)、可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)能總透射比呈線性降低趨勢(shì)。

(2) 5Low-E+12A+5中空玻璃比普通中空玻璃可降低傳熱系數(shù)0.8~1.0W/(m²·K)；多層低輻射膜對(duì)降低傳熱系數(shù)降低效果差異不大，但可有效降低太陽(yáng)得熱系數(shù)。

膜層位于中空玻璃空氣層內(nèi)側(cè)，即2#和3#位置時(shí)，傳熱系數(shù)相等且最低；太陽(yáng)能總透射比在膜層位于2#位置時(shí)最低，位于3#位置時(shí)最高。

(3) 惰性氣體相比空氣可降低傳熱系數(shù)值約0.15~0.25W/(m²·K)，對(duì)整窗傳熱系數(shù)的降低值約為0.1~0.18 W/(m²·K)；不同惰性氣體對(duì)傳熱系數(shù)的影響差異不明顯。

(4) 普通真空玻璃可降低普通中空玻璃傳熱系數(shù)約0.5W/(m²·K)，Low-E真空玻璃可與普通中空玻璃比傳熱系數(shù)可降低2.0W/(m²·K)，單銀、雙銀、三銀Low-E真空玻璃傳熱系數(shù)差異相對(duì)較小。

普通復(fù)合真空玻璃相比普通中空玻璃傳熱系數(shù)可降低約1.0W/(m²·K)，Low-E復(fù)合真空玻璃比普通復(fù)合真空玻璃傳熱系數(shù)可降低約2.0W/(m²·K)，單銀、雙銀和三銀Low-E復(fù)合真空玻璃傳熱系數(shù)相對(duì)差異不大。

(5) 采用暖邊間隔條的中空玻璃邊緣內(nèi)表面溫度相比傳統(tǒng)槽鋁式間隔條可提高約2℃，從而有效地降低了建筑外窗中空玻璃邊緣結(jié)露的可能性；暖邊間隔條可降低鋁合金窗傳熱系數(shù)約0.1-0.15W/(m²·K)。